Internetowy Katalog Motoryzacyjny, od: 2003-02-13, nakład: nieograniczony, cena: 0 czegokolwiek
IKM.wz.cz
Start Artykuły Galeria Informacje Części Literatura   
Ładowanie wyszukiwarki google...


Fotki:
Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Symulatory zderzeń

Autor: Mgr inż. Jan Leski <> Źródło: Młody Technik 4/1971 <http://www.mt.com.pl> Zderzenia z przeszkodami terenowymi oraz pomiędzy sobą różnych pojazdów, a szczególnie kołowych pojazdów mechanicznych, na drogach i traktach występują nader często. Wypadki te pociągają za sobą zazwyczaj śmierć lub kalectwo znajdujących się w pojazdach pasażerów. Wraz z nasilaniem się tempa rozwoju motoryzacji w różnych krajach, liczba wypadków drogowych spowodowanych zderzeniami pojazdów stale wzrasta. Pomimo usilnych starań różnych czynników odpowiedzialnych za bezpieczeństwo na drogach, stałego wzrostu kultury zawodowej kierowców, doskonalenia przepisów drogowych — zupełnego wyeliminowania zderzeń pojazdów nie da się zapewne uzyskać. Z tego założenia wychodzi wielu producentów nowoczesnych samochodów osobowych i innych pojazdów. Niektórzy uważają wręcz, iż „żaden samochód, nawet najnowocześniej wykonany, nie może być naprawdę bezpieczny, gdy za jego kierownicą zasiada człowiek". Pogląd taki, może zresztą zbyt pesymistyczny, wyraziła w jednej ze swych publikacji pani Mary Lee z redakcji znanego angielskiego miesięcznika „Science Journal". W tej sytuacji coraz większego znaczenia nabierają badania zderzeń pojazdów. Symulowane, a więc wykonywane w sposób sztuczny, rozmyślny, zderzenia pojazdów mają na celu dostarczanie konstruktorom samochodów danych dotyczących wytrzymałości materiałów i dynamiki ruchów ciał występujących w zderzeniu. Korzystając z wyników tego rodzaju badań, konstruktorzy budują samochody tak, aby w wypadku zderzenia szkody doznane przez pasażerów były jak najmniejsze. Niektóre uzyskane wyniki Jak wykazują przeprowadzone doświadczenia, ulegający zderzeniu samochód jadący z prędkością 50 km/h zatrzymuje się nagle w czasie krótszym niż 0,1 s, deformując się przy tym na długości około 90 cm. Przeciążenia działające na organizmy pasażerów w czasie zderzenia sięgają wartości 65-krotnie większych od przyspieszenia ziemskiego, a więc biorąc pod uwagę niezwykle krótki (rzędu 0,025 s) czas ich trwania, leżą na samej granicy wytrzymałości struktury ludzkiego organizmu. Do tego często jeszcze dochodzi uderzenie ciała o sztywne części samochodu. Za podstawę prowadzonych prób zderzeniowych bierze się mechanizm zderzenia pojazdu ze sztywną przeszkodą, a mówiąc ściślej, analizuje się oddziaływanie zespołu sił hamowania na poszczególne części organizmu kierowcy lub pasażera pojazdu w czasie i przestrzeni. Cóż więc dzieje się na ogół z kierowcą podczas zderzenia? Uderza on zazwyczaj najpierw o kierownicę samochodu, przy czym jego tułów zderza się z dolną częścią koła kierownicy, a klatka piersiowa, szyja lub twarz — zależnie od wzrostu kierowcy i jego położenia na fotelu — uderzają o górny łuk koła kierownicy. W groźniejszych zderzeniach koło kierownicy deformuje się i wówczas klatka piersiowa kierowcy może uderzyć w piastę koła kierownicy. Grozę sytuacji potęguje fakt, iż wymienione części pojazdu mają stosunkowo małą powierzchnię - skoncentrowaną punktowo, jak w przypadku piasty koła, lub wydłużoną, jak w przypadku koła kierownicy. W przypadku nagłego zderzenia pojazdu ze sztywną przeszkodą kierownica samochodu jest zatem dla kierowcy elementem szczególnie groźnym i niebezpiecznym. Jednakże ta sama część kierowniczego układu samochodu może stanowić ochronę kierowcy. Będzie tak wówczas, kiedy konstrukcja kierownicy umożliwi jej przewidzianą i kontrolowaną deformację pod wpływem określonego nacisku. Toteż wiele firm samochodowych, głównie japońskich i amerykańskich, wprowadza do produkcji układy kierowania samochodem z kierownicami o kolumnach deformujących się pod naciskiem oraz o dużej powierzchni piasty (fot. 1). Na przykład zakłady General Motors wprowadziły deformujące się zespoły kierowania do wszystkich swoich samochodów już od roku 1967. Symulatory zderzeń Do badania skutków zderzeń pojazdów służą symulatory zderzeń, czyli urządzenia wytwarzające takie efekty wewnątrz badanego pojazdu, jakie występują podczas prawdziwego zderzenia. Jedno z takich urządzeń widzimy na fot. 2, Jest to uniwersalny symulator zderzeń pojazdów kołowych z twardą przeszkodą, zainstalowany, jako jeden z pierwszych w Europie, w ośrodku doświadczalnym Vauxhall w Anglii. Jego uniwersalność polega na możliwości badania różnego typu pojazdów w różnych przypadkach zderzeń. Urządzenie to jest niewątpliwie drogie, bo łączny koszt jego budowy i zainstalowania wyniósł, zgodnie z dostępnymi na ten temat publikacjami, aż 250 000 funtów szterlin-gów, ale ma tę istotną zaletę, że za jego pomocą objawy zderzenia mogą być obserwowane i rejestrowane na bieżąco i dokładnie w warunkach kontrolowanych i powtarzalnych, bez konieczności niszczenia pojazdu, który poddawany jest badaniu. Ponadto w symulatorze zainstalowane jest pełne wyposażenie kontrolno-pomiarowe przy minimalnym ryzyku jego uszkodzenia. Można także posługiwać się podczas badań kamerą filmową (jak to widać zresztą na fotografii), dzięki której uzyskuje się film z przebiegu całego procesu symulowanego zderzenia. Film taki, wyświetlony następnie w tempie wielokrotnie wolniejszym, umożliwia dokładne przestudiowanie wszystkich zjawisk zachodzących podczas zderzenia w drobnym ułamku sekundy. Najważniejszą częścią każdego symulatora zderzeń pojazdów jest zespół san-kowy z platformą, który przesuwa się po torze szynowym. W opisywanym przypadku symulatora w Vauxhall długość toru wynosi 36 m. Siła wstrząsu, która za pośrednictwem pneumatycznie napędzanego zderzaka przykładana jest do platformy, wynosi około 120 ton i umożliwia uzyskiwanie przyspieszeń dochodzących do 65 „g". Odpowiada to mniej więcej rozpędzaniu pojazdu (lub jego hamowaniu) od zera do prędkości około 100 km/h na drodze 10 m. Na przesuwnej ramie montuje się na sztywno samochód poddawany badaniu. Najczęściej jednakże nie jest to kompletny pojazd, a tylko karoseria samochodu lub kabina kierowcy ciągnika, w której wnętrzu znajduje się jeden lub więcej manekinów, imitujących kierowcę oraz pasażerów pojazdu. Inny typ symulatora zderzeń pokazano na fot. 3. Jest to symulator przeznaczony do dynamicznych badań pasów bezpieczeństwa, którym specjaliści z dziedziny bezpieczeństwa ruchu drogowego przyznają prymat w zakresie ochrony pasażerów pojazdów na podstawie zarówno wyników prób i badań, jak też i danych statystycznych. Ocenia się mianowicie, że pasy zmniejszają liczbę groźnych uszkodzeń ciała w wypadkach zderzeń samochodów o połowę, a niekiedy nawet o 70%, Oczywiście pod warunkiem, że są stale, a nie tylko sporadycznie używane. Nic więc dziwnego, iż dla ich oceny i badań konstruuje się specjalne symulatory zderzeń. W przedstawionym na fot. 3 symulatorze na przesuwnej platformie montowane jest tylko samo siedzisko pasażerskie, oczywiście wraz z fotelem i pasami bezpieczeństwa, które stanowią zasadniczo jedyne umocowanie doświadczalnego manekina. W konstrukcji symulatora wykorzystano zasadę zderzenia z odbiciem, dlatego też urządzenie może wystarczająco realistycznie symulować zderzenia, przy stosunkowo niewielkiej długości toru, po którym przemieszcza się zespół sankowy z platformą i manekinem. Warunki symulowanych zderzeń w opisywanym symulatorze odpowiadają zderzeniu przy prędkości około 50 km/h. Występujące w procesie symulowanego zderzenia siły nacisku, przeciążenia oraz naprężenia w pasach bezpieczeństwa są rejestrowane przez precyzyjne przyrządy kontrolnopomiarowe. Opisane dwa przykłady symulatorów zderzeń można by zaliczyć do przykładów kompleksowych urządzeń symulacyjnych, umożliwiających badania wypadków zderzeń pojazdów w sposób całościowy. Obok tego rodzaju symulatorów budowane są i stosowane urządzenia przeznaczone do badań wycinkowych, na przykład do określania prędkości przesuwu kolan pasażera siedzącego na przednim fotelu samochodu podczas zderzenia czołowego. Konstrukcja tego typu urządzeń jest prostsza; są one mniej kosztowne w budowie, chociaż ich działanie jest bardziej jednostronne, specjalistyczne. Zasadniczą rolę odgrywają w nich urządzenia związane bezpośrednio z manekinami umieszczanymi we wnętrzu badanego w symulatorze samochodu (fot. 4). Manekiny doświadczalne Nie ulega wątpliwości, że wartościowe dla naukowców i konstruktorów mogą być tylko wyniki takich prób zderzeniowych, jakie prowadzone były w warunkach ściśle odpowiadających rzeczywistym warunkom awarii. Innymi słowy, chodzi o jak największy realizm badań i prób. Dodać przy tym należy, że w symulowanych zderzeniach można, dla pełnego realizmu, stosować prawdziwe, seryjne samochody — nie można jednakże narażać na niebezpieczeństwo utraty życia lub na trwałe kalectwo ludzi, pasażerów tych pojazdów. Toteż w takich symulowanych zderzeniach żywych pasażerów zastępują ich martwe imitacje — manekiny doświadczalne. Jednakże manekiny takie, mocowane w pojazdach poddawanych zderzeniom, muszą dokładnie odpowiadać pod względem budowy, wytrzymałości mechanicznej i wielu innych jeszcze cech żywym ludziom. Nie tylko więc szkielety manekinów muszą odpowiadać znormalizowanemu układowi kostnemu organizmu ludzkiego (fot. 5), ale ponadto ich pokrycie dostosowuje się pod względem wymiarów, elastyczności, ciężaru oraz wytrzymałości mechanicznej na rozrywanie, zginanie, ściskanie i cięcie do cech skóry i mięśni ludzkich. Manekiny okrywa się typowymi ubiorami, jak dresy wełniane czy skórzane kurtki, nakrycia głowy, obuwie i rękawice. Dla celów doświadczalnych manekiny wyposażone zostają w urządzenia pomiarowe i rejestracyjne, skonstruowane w takiej formie, aby nie zmieniały sytuacyjnych warunków zderzenia. Na fot. 6 widzimy manekin doświadczalny z wykonanym w postaci fartucha pokryciem klatki piersiowej i brzucha. Pokrycie to spełnia w trakcie badań zderzeniowych rolę rejestratora nacisku od kierownicy na klatkę piersiową manekina. Rejestrator ciśnienia wykonany jest w postaci zespołu płytek z mocno porowatej, piankowej masy. Podczas zderzenia piankowa konstrukcja płytek ulega miejscowym wgnieceniom, których głębokość jest proporcjonalna do wartości ciśnienia wywieranego na manekin przez określony zespół samochodu. Na fot. 7, przedstawiającej rejestrator ciśnienia ze śladami wgnieceń od kierownicy samochodu, naniesione zostały liczbowe wartości ciśnień, podane w jednostkach odpowiadających ciśnieniu ok. 0,7 kG/cm2. Na podstawie symulowanych zderzeń pojazdów z zastosowaniem manekinów doświadczalnych określone zostały wartości dopuszczalnych sił uderzenia o kierownicę samochodu, nie powodujących, jeszcze trwałych obrażeń różnych części organizmu ludzkiego. Wartości tych sił, rzecz jasna, zależą w znacznymstopniu od indywidualnych cech wytrzymałościowych organizmu każdego z pasażerów i różnią się pomiędzy sobą. Ustalono więc pewne wartości średnie dopuszczalnych sil zderzenia. Te wartości średnie oznaczają siły, które nie są szkodliwe dla organizmów silnych, nie wywołują zbyt dużych uszkodzeń u organizmów średnio wytrzymałych i nie grożą trwałymi obrażeniami organizmom słabszym. Wartości tych sił, jak to ilustruje rys. 1, wynoszą dla twarzy 68 kG, krtani 45 kG, klatki piersiowej 227 kG, a dla nóg aż 730 kG. Widać wyraźnie, iż najgroźniejsze w skutkach są przypadki zderzeń, w których kierowca uderza o kierownicę pojazdu krtanią, a także twarzą. Pomocnicze urządzenia badawcze W trakcie badania skutków zderzeń pojazdów dużą uwagę przywiązuje się do zdolności pochłaniania energii zderzenia przez dolną część samochodowego pulpitu przyrządowego. Bada się przy tym zakres możliwych uszkodzeń poszczególnych części organizmów pasażerów, siedzących na przednich siedzeniach samochodu. W warunkach symulowanych zderzeń stosowane są nie tylko opisane wyżej manekiny doświadczalne z odpowiednim wyposażeniem pomiarowym. Często bowiem dla celów badań częściowych, np. określania sił działających na tułów, nogi czy głowę pasażera lub kierowcy, rezygnuje się z niewątpliwie wyszukanych i złożonych urządzeń, jakie stanowią manekiny, a stosuje się znacznie prostsze urządzenia doświadczalne. Takie proste urządzenia są szczególnie przydatne w badaniach laboratoryjnych. Budowane są głównie urządzenia symulujące zmiany położenia w zderzeniu przede wszystkim głowy i kolan pasażera. Na fot. 8 widoczne jest wahadłowe urządzenie do badań sił uderzenia kolan pasażera o przednie partie samochodu podczas zderzenia z twardą przeszkodą. Urządzenie to instalowane jest w samochodzie poddawanym zderzeniu (fot. 9), jednakże może ono być również stosowane w warunkach laboratoryjnych. Zostało ono wyposażone w kompięt aparatury pomiarowej i rejestracyjnej do wyznaczania (pomiaru) i rejestracji sił działających na pasażera oraz prędkości przesuwania się jego ciała podczas zderzenia. Jak widzimy na fot. 8, zasadniczą częścią urządzenia jest wahliwe ramię, które podczas nagłego hamowania, symulującego zderzenie, odchyla się do przodu i widoczną na zdjęciu głowicą uderza o dolne partie pulpitu przyrządowego w samochodzie. W głowicy znajduje się przyspieszeniomierz, który mierzy przyspieszenie zderzenia. Na podstawie pomiaru przyspieszeń oraz skutecznego ciężaru wahliwego ramienia wyznacza się siły zderzenia. Widoczny na fotografii wymiar podany w calach (ok. 35 cm) oznacza długość ramienia w urządzeniu. Zdaniem konstruktorów urządzenia, odpowiada ona średniej długości goleni ludzkiego podudzia. Długość ta zresztą może być regulowana w określonym zakresie dla umożliwienia jak największej zgodności z rzeczywistością symulowania zderzeń pojazdów z pasażerami o różnym wzroście i o różnej długości nóg. Urządzenie działa przy symulowanej prędkości jazdy wynoszącej około 20 km/h. Jest to prędkość niezbyt wielka, gdyż uwzględnia już efekt bezwładnego hamowania na odcinku — od normalnego położenia kolan pasażera w samochodzie podczas jazdy — do przyrządowego pulpitu samochodu. Opisane urządzenie wahadłowe służy jako techniczna pomoc doświadczalna przy zdolności pochłaniania energii zderżenia przez dolne partie samochodów, a szczególnie przez pulpit przyrządowy. Dodać należy, iż chodzi tutaj o energię bezwładności wyzwalaną podczas czołowego zderzenia samochodu ze sztywną przeszkodą. Jednocześnie, dzięki zastosowaniu urządzenia, możliwe jest określenie ścisłej współzależności pomiędzy początkową odległością od kolan pasażera do pulpitu przyrządowego w samochodzie a prędkością jazdy w chwili zderzenia. Jeszcze inne, również pomocnicze urządzenie badawcze zostało pokazane na fot. 10. Jest to już urządzenie typowo laboratoryjne i służy do symulowania zderzeń głowy pasażera z twardymi częściami samochodu. Badania takich zderzeń są konieczne dla określenia charakteru i wielkości pęknięć kości głowy, doznawanych przez pasażerów pojazdów podczas zderzeń, a tym samym dla określenia stopnia niebezpieczeństwa, jakie grozi pasażerom od wystających, twardych części wewnątrz pojazdu w przypadku nagłego, krótkotrwałego hamowania. Najbardziej interesującą częścią tego urządzenia jest półsferyczna skorupa, umocowana u metalowej nasady i wraz z tą nasadą opuszczana na punktowy lub powierzchniowy bolec metalowy, imitujący wystające, sztywne części samochodu. Konstrukcja skorupy jest tak dobrana, aby mogła ona jak najwierniej imitować budowę tkanki kostnej ludzkiej czaszki. Toteż, jak pokazano na rys. 2, pomiędzy twardą aluminiową półsferą, a zewnętrzną powłoką z tworzywa sztucznego, znajduje się warstwa twardej gumy podatnej na wgniecenia. Metalowa podstawa wraz z półsferyczna skorupą spada z wysokości około 70 cm i uderza o wystającą powierzchnię z siłą jednej tony. Charakter pęknięcia czy wgniecenia w imitatorze czaszki zależy nie tylko od siły uderzenia, ale także od wielkości powierzchni imitatora i części sztywnej pojazdu. W ten sposób można określić siły i prędkości zderzeń, przy których wystające, sztywne części pojazdu grożą trwałymi obrażeniami głowy. Symulatory zderzeń pojazdów oraz inne urządzenia pomocnicze są wyrazem poszukiwań mających na celu ochronę zdrowia i życia człowieka w zmotoryzowanym społeczeństwie. Rzecz jasna, iż tego rodzaju rozwiązania nie gwarantują jednoznacznie bezpieczeństwa jazdy. Jednakże wyniki badań przeprowadzanych za pomocą tego rodzaju urządzeń niewątpliwie ułatwią konstruktorom budowę takich samochodów osobowych, ciągników i innych pojazdów mechanicznych, które nawet w wypadku nieuchronności zderzenia zapewnią określone możliwości ocalenia pasażerów czy chociażby złagodzenia skutków zderzenia. A to już jest dużo. Mgr inż. Jan Leski

Strona stworzona przez jaro (http://jaro.wz.cz). Użyte wtyczki: fancybox, tablesorter porawiony przez Bill Beckelman.
Administrator: JjF. stat4u
Szczególne podziękowania dla magazynu "Młody Technik" (http://www.mt.com.pl) za udostępnienie ogromnej ilości materiałów.